| 761 |
kaklik |
1 |
\documentclass[12pt,a4paper,oneside]{article}
|
|
|
2 |
\usepackage[colorlinks=true]{hyperref}
|
|
|
3 |
\usepackage[utf8]{inputenc}
|
|
|
4 |
\usepackage[czech]{babel}
|
|
|
5 |
\usepackage{graphicx}
|
|
|
6 |
\textwidth 16cm \textheight 24.6cm
|
|
|
7 |
\topmargin -1.3cm
|
|
|
8 |
\oddsidemargin 0cm
|
|
|
9 |
\pagestyle{empty}
|
|
|
10 |
\begin{document}
|
|
|
11 |
\title{Kladná zpětná vazba
|
|
|
12 |
(astabilní multivibrátor)}
|
|
|
13 |
\author{Jakub Kákona, kaklik@mlab.cz}
|
|
|
14 |
\date{1.3.2011}
|
|
|
15 |
\maketitle
|
|
|
16 |
\thispagestyle{empty}
|
|
|
17 |
\begin{abstract}
|
|
|
18 |
\end{abstract}
|
|
|
19 |
|
|
|
20 |
\section{Úvod}
|
|
|
21 |
\begin{enumerate}
|
|
|
22 |
\item Uvažujte zapojení dle uvedeného schématu, kde zápornou zpětnou vazbou, tvořenou odpory R1 a R2 je realizováno zesílení 100. Děličem tvořeným odpory R3, R4 je vytvořena kladná zpětná vazba, kdy se část výstupního napětí přičítá k napětí vstupnímu prostřednictvím střídavé vazby přes kondenzátor C1. (Je třeba si uvědomit jak pracuje rozdílový zesilovač.) Navrhněte dělič R3, R4 tak, aby bylo realizováno smyčkové zesílení $>$ 1 a rozkmit napětí na vstupech 2 a 3 nebyl větší než 2 V. Proveďte rozbor činnosti obvodu v režimu astabilního multivibrátoru. Popište jednotlivé stavy obvodu.
|
|
|
23 |
\item Navrhněte velikost kapacity C1 pro kmitočet opakovací frekvence kmitů obvodu 300 Hz. V protokolu dokumentujte průběhy signálů na kapacitě C1, výstupu obvodu a vstupů 2 a 3 operačního zesilovače i jejich vzájemný vztah v čase.
|
|
|
24 |
\item Na výstup multivibrátoru připojte derivační obvod s časovou konstantou 0,5 ms a proměřte osciloskopem vzájemný vztah vstupních a výstupních signálů tohoto obvodu. Měření porovnejte s teoreticky odvozenými průběhy. Při návrhu obvodu vezměte v úvahu to, že operační zesilovač lze zatížit na výstupu pouze impedancí vyšší než určitá minimální (viz katalogové údaje, asi $>$ 2k).
|
|
|
25 |
\item Totéž, co v bodě 3, proveďte pro případ připojení integračního obvodu se stejnou časovou konstantou 0,5 ms. Zapojení realizujte pomocí RC obvodů. Nezapomeňte před měřením ověřit správnou kalibraci použitých sond (kompenzovaný dělič).
|
|
|
26 |
\item V protokolu zdůvodněte případný nesoulad naměřených výsledků s teoreticky odvozenými průběhy.
|
|
|
27 |
\end{enumerate}
|
|
|
28 |
|
|
|
29 |
\section{Postup měření}
|
|
|
30 |
|
|
|
31 |
Podle požadavků v zadání jsme na univerzální desce zapojili multivibrátor s operačním zesilovačem. Hodnoty rezistorů vazebního děliče jsme zvolili 1k6 a 18k Ohm. Hodnoty vychází z požadavku, že odporový dělič musí dělit zhruba 13ti, neboť výstupní saturační napětí je přibližně 13V a tento dělič ve zpětné vazbě pak zaručuje, že nebude příliš velký rozkmit napětí na vstupech OZ.
|
|
|
32 |
|
|
|
33 |
\begin{figure}
|
|
|
34 |
\label{zesilovac_inv}
|
|
|
35 |
\begin{center}
|
|
|
36 |
\includegraphics [width=80mm]{ul61.png}
|
|
|
37 |
\end{center}
|
|
|
38 |
\caption{Zapojení astabilního multivibrátoru s OZ}
|
|
|
39 |
\end{figure}
|
|
|
40 |
|
| 859 |
kaklik |
41 |
Protože požadovaná rezonanční frekvence multivibrátoru byla 300Hz a perioda je v tomto zapojení čtyřnásobkem časové prodlevy mezi oběma komparovanými stavy RC obvodu - kondenzátor se po tuto dobu nabíjí lineárně. Proto vychází hodnota kondenzátoru 68nF.
|
| 761 |
kaklik |
42 |
|
|
|
43 |
\begin{figure}
|
|
|
44 |
\label{zesilovac}
|
|
|
45 |
\begin{center}
|
|
|
46 |
\includegraphics [width=150mm]{kapacita_invIN.png}
|
|
|
47 |
\end{center}
|
| 859 |
kaklik |
48 |
\caption{Průběh signálů na oscilační kapacitě a invertujícím vstupu OZ}
|
| 761 |
kaklik |
49 |
\end{figure}
|
|
|
50 |
|
|
|
51 |
\begin{figure}
|
|
|
52 |
\label{zesilovac}
|
|
|
53 |
\begin{center}
|
|
|
54 |
\includegraphics [width=150mm]{+in_-n.png}
|
|
|
55 |
\end{center}
|
|
|
56 |
\caption{Průběh signálů na neinvertujícím a invertujícím vstupu OZ}
|
|
|
57 |
\end{figure}
|
|
|
58 |
|
|
|
59 |
\begin{figure}
|
|
|
60 |
\label{zesilovac}
|
|
|
61 |
\begin{center}
|
|
|
62 |
\includegraphics [width=150mm]{vystup_kapacita.png}
|
|
|
63 |
\end{center}
|
| 859 |
kaklik |
64 |
\caption{Průběh signálů na oscilačním kondenzátoru a na výstupu multivibrátoru}
|
| 761 |
kaklik |
65 |
\end{figure}
|
|
|
66 |
|
| 859 |
kaklik |
67 |
K již funkčnímu multivibrátoru jsme následně připojili nejdříve derivační RC článek a po nasnímání požadovaných průběhů i článek integrační. Oba s časovou konstantou 0,5ms. Pro nasnímání signálu bylo ale nejdříve nutné zkalibrovat sondy osciloskopu. Průběhy jsou dokumentovány na přiložených obrázcích.
|
| 761 |
kaklik |
68 |
|
|
|
69 |
\begin{figure}
|
|
|
70 |
\label{zesilovac_osc}
|
|
|
71 |
\begin{center}
|
|
|
72 |
\includegraphics [width=130mm]{2derivacni_clanek2k7.png}
|
|
|
73 |
\end{center}
|
|
|
74 |
\caption{Průběh výstupního signálu z multivibrátoru a signálu za derivačním článkem s časovou konstantou 0,5ms}
|
|
|
75 |
\end{figure}
|
|
|
76 |
|
|
|
77 |
\begin{figure}
|
|
|
78 |
\label{zesilovac_osc}
|
|
|
79 |
\begin{center}
|
|
|
80 |
\includegraphics [width=130mm]{integracni_clanek2k7.png}
|
|
|
81 |
\end{center}
|
|
|
82 |
\caption{Závislost výstupního napětí na vstupním napětí při střídavém signálu 100Hz, invertující zapojení}
|
|
|
83 |
\end{figure}
|
|
|
84 |
|
|
|
85 |
\section{Závěr}
|
|
|
86 |
|
|
|
87 |
\begin{enumerate}
|
|
|
88 |
|
|
|
89 |
\item Odhadem byly stanoveny hodnoty odporů v děliči jako $R_4$=1,6kOhm a $R_3$=18kOhm.
|
|
|
90 |
|
| 859 |
kaklik |
91 |
\item Pro výpočet kapacity byl průběh nabíjení kondenzátoru aproximován přímkou, s tím že doba potřebná k přeběhu napětí mezi dvěma komparovanými stavy je 1/4 periody oscilátoru, tím vyšla kapacita kondenzátoru C=68nF.
|
|
|
92 |
\item Po připojení derivačního obvodu jsme pozorovali průběhy signálu předpokládané teorií. Na obrázcích je ale patrné i mírné zkreslení, které se týká hlavně výstupu z multivibrátoru. Souvisí pravděpodobně s nenulovou impedancí výstupu operačního zesilovače.
|
| 761 |
kaklik |
93 |
\item Po připojení integračního článku byly naměřeny opět téměř ideální teorií předpovídané průběhy.
|
|
|
94 |
|
|
|
95 |
\end{enumerate}
|
|
|
96 |
|
|
|
97 |
\begin{thebibliography}{99}
|
|
|
98 |
\end{thebibliography}
|
|
|
99 |
\end{document}
|